AVALIAÇÃO DO EFEITO DA REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO (RAA) EM CONCRETOS ATRAVÉS DE ENSAIOS MECÂNICOS E DE EXPANSÃO

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1 AVALIAÇÃO DO EFEITO DA REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO (RAA) EM CONCRETOS ATRAVÉS DE ENSAIOS MECÂNICOS E DE EXPANSÃO Rodrigo Santana Pereira Graduando em Engenharia Civil UNAERP, Campus Guarujá Iolanda Maria da Silva Graduanda em Engenharia Civil UNAERP, Campus Guarujá Iolanda_ortigara@hotmail.com Willy Ank de Morais Professor do curso de Engenharia Civil UNAERP, Campus Guarujá Wank@unaerp.br Marcio de Morais Tavares Coordenador do curso de Engenharia Civil UNAERP, Campus Guarujá mtavares@unaerp.br Resumo: O concreto é o material mais comum na construção e consiste em um compósito constituído de cimento, água e agregados como areia e pedra. A reação álcali agregado (RAA) está ligada na reação do tipo do mineral presente no agregado, no caso a sílica, dependendo da sua estrutura, seja ela amorfa (desorganizada) ou cristalina (organizada) e pode ser reativa ou não. No caso amorfo, o potencial de RAA é consideravelmente alto, para o cristalino o potencial dependerá de fatores externos altos e para ambos os casos esses fatores são temperatura do ambiente, umidade, teor de álcalis do cimento e porosidade. Trata-se de uma reação complexa de difícil interpretação, uma vez que a pasta do cimento contém muitos produtos da reação química da cura, caracterizada de aspectos físicos variados. Palavras-Chave: concreto, estrutura, reação química. 1. Introdução No concreto pode ocorrer a deterioração de sua estrutura com o meio ambiente em que está presente. São muitos fatores associados à deterioração: as características dos materiais constituintes do concreto sejam elas física ou químicas, a cura, exposição a intempéries que acarretam a mudança do estado natural do concreto. O acúmulo destas consequências geradas reflete no desempenho e durabilidade da estrutura em campo e vida útil. Segundo Costa, Lima e Silva (2009), RAA é a interação de íons alcalinos do cimento com agregados constituídos de minerais siliciosos. A reação destes materiais

2 gera a expansão no concreto, formando sólidos no interior da estrutura, com ocorrência de fissuras, desagregação, e geração de crateras onde escorre um gel de sílica. 2. Objetivo O presente trabalho teve como principal objetivo estudar a reação álcaliagregado através da expansão e compressão em prismas de concreto utilizando areia como agregado miúdo proveniente de três diferentes fornecedores (Juquiá, Buritiba e Mogi das Cruzes). 3. Justificativa As reações denominadas Álcali-Agregado ou Álcali-Sílica são reações químicas envolvendo íons alcalinos do cimento Portland, íons hidroxila e certos constituintes siliciosos que podem estar presentes no agregado; resultando a importância da escolha do cimento, dos agregados e da compatibilidade destes materiais. Para Pan et al (2012), a RAA precisa pelo menos um mineral reativo na composição do agregado, com os álcalis do cimento e água intersticial. Os fatores influentes nessa patologia são: temperatura e porosidade inicial do concreto (CAPRA & BOURNAZEL, 1998). Qualquer estrutura de concreto é passível de ser afetada, pelo fato da RAA depender de umidade, bem como barragens, blocos de fundações parciais ou submersos e estruturas hidráulicas (FARAGE, 2000). 4. Revisão da literatura Reação álcali agregado (RAA) é um processo químico entre o agregado contendo sílica reativa reagindo com os álcalis do cimento. Nesta reação inclui particularidade da RAA, como trincas de grande magnitude na superfície da estrutura afetada, na maioria dos casos no sentido longitudinal da peça e finas trincas aleatórias transversais Tipos de RAA A RAA possui três tipos de reações: álcali-sílica, álcali-silicato, álcali-carbonato. Na RAC (reação álcalis-carbonato), o agregado reativo é a dolomita que é proveniente 2

3 do calcário. A equação abaixo apresenta a reação química, a dedolomitização produto característico da RAC: CaMg(CO 3 ) 2 + 2(Na, K)OH Mg(OH) 2 + CaCo 3 + (Na, K) 2 CO 3 (Dolomita) (Álcali) (Brucita) (Calcita) (Álcali-Carbonato) 4.2. Expansão por RAA Uma vez que o produto da expansão ocupe plenamente o interior dos poros, passa a exercer pressões internas em suas paredes induzindo a expansão da matriz do concreto (SILVEIRA, 1997), conforme ilustrado na Figura 1. Figura 1 - Deslocamento devido a ação por RAA. Fonte: IBRACON/ CPTI/ IPT.. Materiais e métodos De acordo com Deslandes (1994) no início é preciso decidir o tema e o problema a ser estudado e conforme Gil (1987) o surgimento de hipótese vem da intuição do pesquisador, fundamentada na leitura sobre o assunto, e observação prévia. O tanque de aço, que foi empregado no ensaio método acelerado de barras, onde os prismas de concreto são imersos na soda cáustica com solução de 1N, a 80 C, no período de 14 dias. Esse tanque possui proteção anódica, devido a ação corrosiva 3

4 da soda cáustica, com espessura de 1,40 mm, com dimensões de 20 cm lado x 20 cm lado x 3 cm altura, com um volume de cm³, com peso de 320 gramas. Os três tipos de areias empregadas para a fabricação de concreto simples para os prismas, são de Buritiba, Juquiá, e Mogi das Cruzes, com intuito de conhecer a variação do concreto nos ensaios empregados. A pedra brita 01 da pedreira de Maria Tereza. Foi realizado ensaio de umidade e granulometria nos quais a homogeneização e o quarteamento das amostras foram necessários. Foram pesados 1000 g para obtenção da massa inicial e inseridas na estufa por 60 minutos para se obter o resultado de amostra seca. Como agregado padrão do concreto simples, utilizou-se a brita 01 e utilizado o cimento CPIII para todos os traços. Os prismas foram concretados em fôrmas de madeira, para obtenção do formato geométrico das barras, ilustradas na Figura 2. Figura 2 - Fôrma dos prismas de concreto empregados como corpos de prova. 4

5 Como agregado padrão do concreto simples, utilizou-se a brita 01 e utilizado o cimento CPIII para todos os traços. Os prismas foram concretados em fôrmas de madeira, para obtenção do formato geométrico das barras (Fig. 2). Os ensaios de compressão foram realizados em uma máquina de ensaios mecânicos universais, datada de uma célula de carga com capacidade de N. No ensaio de compressão foram utilizadas três barras de concreto, cada uma com agregados diferentes, os quais não foram submetidos ao ensaio de imersão. Os CP s foram posicionados conforme ilustrado pela Figura 3. A superfície regular das extremidades do CP, em conjunto com um bom alinhamento entre a peça e a prensa hidráulica garantem resultados mais precisos, uma vez que a carga aplicada ao CP pela prensa é distribuída de forma uniforme. Figura 3 Arranjo empregado nos ensaios de compressão. 6. Resultados e discussão 6.1 Ensaio de expansão. Foram realizadas as medições nos respectivos corpos de prova, devidamente secos (01 e 02 Juquiá, 03 Mogi e 04 Buritiba Mirim), após o ensaio de imersão. Tais resultados estão expostos na Figura 4.

6 A barra 2 contendo areia de Juquiá, apresentou um aumento de 0,098% no seu volume, sendo que as demais apresentaram um aumento de 0,018%. Esses dados demostram que o agregado é inócuo e para melhor aferimento de aumento volumétrico da barra, necessitaria de um método com mais dias para avaliação. mm Expansão das Barras Figura 4 - Expansão das Barras no método acelerado Ensaio granulométrico O ensaio granulométrico ajuda apenas a conhecer o tamanho das partículas no caso da areia e da pedra brita, que é um dos fatores que pode ser considerável para RAA. Conforme ilustrado na Figura, estas são areias bem distintas no aspecto visual em termos de cor, como apresentadas na Figura. Usando a sua origem como referência e, consequentemente, seu aspecto visual, as areias e os respectivos CPs obtidos, foram designados como: A) Buritiba (Mirim); B) Juquiá e C) Mogi (Mirim). 6

7 Os resultados de tamanho médio das partículas e umidade são representados no gráfico da Figura 6. A areia de Juquiá possui uma composição granulométrica maior com TM (Tamanho Médio das partículas) de 6,68 mm, enquanto que a areia de Buritiba é a mais fina com TM de 2,66 mm. A B C Figura - Areias utilizadas na confecção dos CP s: A) Buritiba; B) Juquiá e C) Mogi. 7 6,68 6, ,66 TM (mm) Umidade (%) 2 1 0,79 1,34 0,4 0 Buritiba Juquiá Mogi Figura 6 Tamanho médio das partículas e umidade dos agregados miúdos. 7

8 6.3 - Ensaios de compressão. No ensaio de compressão foram separados três CP s, um com agregado de Juquiá, um com agregado de Mogi das Cruzes, e outro com agregado de Buritiba. E as barras usadas no ensaio método acelerado, obtendo um total de duas barras de cada agregado. O tratamento feito pela imersão em NaOH 1N durante 14 dias a 80 levou aos corpos de prova (CPs) apresentarem uma resistência máxima à compressão de 1,1 MPa que é 8% menor que a resistência máxima antes do tratamento. A Figura 7 representa graficamente a distribuição da resistência à compressão dos diferentes CPs. Figura 7 Distribuição da resistência à compressão dos diferentes CPs. As Figuras de 8 a 13 ilustram as curvas obtidas nos ensaios de compressão nos CPs, respectivamente: Areia de Juquiá sem imersão e após imersão; areia de Buritiba sem imersão e após imersão; 8

9 Tensão de Engenharia (MPa) Tensão de Engenharia (MPa) Areia de Mogi sem imersão e após imersão ,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 0,016 Deformação de Engenharia (mm/mm) Figura 8 Resistência à compressão do CP obtido pelo uso da areia de Juquiá sem imersão (14,2 MPa) ,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 0,016 Deformação de Engenharia (mm/mm) 9

10 Tensão de Engenharia (MPa) Tensão de Engenharia (MPa) 30 Figura 9 Resistência à compressão do CP obtido pelo uso da areia de Juquiá após imersão (12,36 MPa) ,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 0,016 Deformação de Engenharia (mm/mm) Figura 10 Resistência à compressão do CP obtido pelo uso da areia Buritiba sem imersão (24,8 MPa) ,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 0,016 Deformação de Engenharia (mm/mm) 10

11 Tensão de Engenharia (MPa) Tensão de Engenharia (MPa) 30 Figura 11 Resistência à compressão do CP obtido pelo uso da areia Buritiba após imersão (22,3 MPa) ,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 0,016 Deformação de Engenharia (mm/mm) Figura 12 Resistência à compressão do CP obtido pelo uso da areia Mogi sem imersão (12,2 MPa) ,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 0,016 Deformação de Engenharia (mm/mm) 11

12 Figura 13 Resistência à compressão do CP obtido pelo uso da areia Mogi após imersão (11,7 MPa). A Figura 14 representa graficamente a distribuição da deformação verificada na tensão máxima nos CPs testados. A deformação obtida nos CPs até a carga máxima, escolhida por ser uma característica mais representativa de se medir e de caracterizar o material do que a deformação total, ofereceu uma tendência similar ao ocorrido com a resistência, porém em uma intensidade maior. Figura 14 Distribuição da deformação na tensão máxima dos diferentes CPs. Neste caso houve uma queda de 16% na quantidade de deformação possível de ser obtida nos CPs sem o tratamento. Deve-se lembrar que esta deformação foi medida considerando-se o deslocamento do travessão da máquina de compressão (em torno de 1,4mm) em relação ao comprimento inicial dos CPs (em torno de 23 mm). A maior diferença foi verificada na quantidade de energia que os CPs podem absorver até a carga máxima ou tenacidade aparente na carga máxima. A Figura 1 12

13 representa graficamente a Distribuição da tenacidade aparente na carga máxima (J) dos diferentes CPs. Este parâmetro foi quantificado ao se obter a área sob a curva tensão x deformação aparente (medida conforme descrito no parágrafo anterior) até o ponto de carga máxima. Figura 1 Distribuição da tenacidade aparente na carga máxima (J) dos diferentes CPs. 7. Conclusões As barras aplicadas no ensaio de expansão, não apresentaram um crescimento nos 14 dias de teste. As duas barras 1 e 2, ambas com agregado de juquiá, apresentaram uma diferença no comprimento na barra, a barra 1 obteve uma diferença de medição de 0.4%, e a barra 2 uma diferença de 0,6%, valor baixo para considerar um agregado reativo. As formas para os prismas de concreto, neste caso foi utilizado de madeira, dificultou a geometria perfeita das barras, apresentando faces com curvaturas milimétricas após a desforma. É provável que o uso de formas de metal, com sistema 13

14 de desforma por meio de parafusos, ou outro sistema que favorece a forma e desforma, facilitaria a fabricação mais elaborada do prisma. Os valores médios dos grãos das areias analisadas, estavam no intervalo de 0,42 mm a 2,0 mm, que confirma a granularidade de areia média, afirmando dados do fornecedor, a média de umidade das amostras é de 4,8. O mesmo para a pedra brita 01 que tem valores até 19 mm, e o resultado do ensaio granulométrico foi de 14 mm, confirmando que é pedra brita 01. Trata-se de uma reação complexa e que necessita de vários métodos para investigar o potencial reativo do agregado, embora que a melhor ação contra a RAA é a análise dos agregados, antes do emprego na argamassa e concreto, conforme a Figura uma residência com traços característicos de RAA, em Guarujá. De uma forma geral, os dados obtidos nos ensaios apontam tendências relativamente nítidas, que podem ser aprofundadas em estudos posteriores, especialmente de caracterização da areia empregada nestes concretos. Referências Bibliográficas NMAI, C. K., (ORG). AGREGATES FOR CONCRETE Farmington, Hills, MI: American Concrete Institute p. 19. AMERICAN CONCRETE INSTITUTE EDUCATION BULLETIN E NBR 177: REATIVIDADE ÁLCALI-AGREGADO. ASSOCIAÇÃO Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Rio de Janeiro, p. DIAMOND, S. EFFECTS of TWO DANISH FLY ASHES ON ALKALI CONTENTS of PORE SOLUTIONS OF CEMENT-FLY ASH PASTES CEMENT AND CONCRETE RESEARCH v. 11. n. 3. p FARAGE, M. C. R., Modelagem e Implementação Numérica da Expansão por Reação Álcalli-Agregado do Concreto, TESE de Doutorado, Universidade Federal do Rio de Janeiro, RJ, Brasil, INSTITUTO Federal de Educação, Ciência E Tecnologia Do Rio Grande Do Norte- IFRN, DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE CONSTRUÇÃO CIVIL C.S.T Em Construção De Edifícios. KUPERMAN, S. C.; VIEIRA, S. R. S. S.; FERREIRA, W. V. F.; TIBA, R. Tentativa para Determinação do Término da Reação Álcali-Agregado na Estrutura de Uma Tomada 14

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